ήλιο

Χημικό στοιχείο με σύμβολο He. Ανήκει στην ομάδα μηδέν του περιοδικού συστήματος (ομάδα των ευγενών αερίων), έχει ατομικό αριθμό 2, δύο ισότοπα σταθερά (³He και ⁴He) και ένα ισότοπο ραδιενεργό (⁶He). Ονομάστηκε έτσι επειδή ανακαλύφθηκε στο ηλιακό στέμμα το 1868 από τον Άγγλο φυσικό και αστρονόμο Τζόζεφ Νόρμαν Λόκιερ με φασματοσκοπική ανάλυση του ηλιακού φωτός. Πολύ διαδεδομένο, αλλά πάντα σε μικρές ποσότητες, περιέχεται σε ίχνη στην ατμόσφαιρα, διαλυμένο σε μερικά μεταλλικά ύδατα, σε διάφορα ορυκτά, σε πολλές αεριούχες πηγές και αναθυμιάσεις αερίων (όπως στο Τέξας και στην Οκλαχόμα των ΗΠΑ και στην περιοχή Αλμπέρτα του Καναδά). Το απομόνωσε για πρώτη φορά κατά το τέλος του 19ου αι. ο Ράμσεϊ. Το καθαρό στοιχείο λαμβάνεται με διάφορους τρόπους: από ορυκτά πλούσια σε ή. (κλεβεΐτης, μοναζίτης, ουρανινίτης κλπ.), αφού υποστούν κατεργασία με θειικό οξύ, ή με υγροποίηση του ατμοσφαιρικού αέρα ή των αερίων που προέρχονται από ηφαιστειακές αναθυμιάσεις ή από τις άλλες φυσικές πηγές του. Το ή. διαχωρίζεται από τα άλλα αέρια με επεξεργασία του προϊόντος που υγροποιήθηκε με άνθρακα σε χαμηλότατες θερμοκρασίες. Είναι στοιχείο που σχηματίζεται από τη διάσπαση των ραδιενεργών στοιχείων, όπως το ράδιο, το θόριο, το ακτίνιο κλπ.· η παρουσία του στο ηλιακό στέμμα πρέπει να συσχετιστεί με τις πυρηνικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στον Ήλιο. Είναι το πιο ελαφρύ γνωστό αέριο μετά το υδρογόνο. Από χημική άποψη παρουσιάζει την τυπική συμπεριφορά των ευγενών αερίων και αντιδρά πολύ δύσκολα με τα άλλα στοιχεία, επειδή έχει ιδιαίτερα σταθερή ηλεκτρονική διάταξη. Ορισμένοι Αμερικανοί ερευνητές κατόρθωσαν τελευταία να παρουσιάσουν με κατάλληλες τεχνικές –με υψηλές πιέσεις και χαμηλότατες θερμοκρασίες– μερικές από τις ενώσεις του, ύστερα από επεξεργασία του με διάφορα στοιχεία και με την παρουσία καταλυτών. Έτσι παρασκευάστηκε το ηλιούχο ιώδιο, το ηλιούχο υδρογόνο και μερικά άλλα· όλα όμως είναι παράγωγα με χαρακτηριστικά των πραγματικών χημικών ενώσεων. To ή., επειδή είναι πολύ ελαφρύ και άφλεκτο, χρησιμοποιείται στα στρατοσφαιρικά αερόστατα αντί του υδρογόνου, που είναι μεν ελαφρύτερο, αλλά εύφλεκτο. Χρησιμοποιείται επίσης στην ιατρική για την παρασκευή οβίδων οξυγόνου αντί του αζώτου το οποίο γίνεται επικίνδυνο εξαιτίας της μεγάλης διαλυτότητάς του στο αίμα. Το ή. εφαρμόζεται επίσης στις λυχνίες εκκενώσεων και στα θερμόμετρα με αέριο, για να μετρώνται οι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Επειδή ο δείκτης διάθλασής του είναι εξαιρετικά χαμηλός, το στοιχείο χρησιμοποιείται για να γεμίζουν οι κενοί χώροι στα σύνθετα οπτικά συστήματα. Στη θερμοκρασία των 2,19°Κ, που καλείται σημείο λ, το ή. υφίσταται μία βαθιά μεταβολή κατάστασης και είτε ονομάζεται υγρό ή. I και συμπεριφέρεται κανονικά είτε εμφανίζει περίεργες και εξαιρετικές ιδιότητες και τότε ονομάζεται υγρό ή. ΙΙ. Οι δύο τύποι έχουν ίδια πυκνότητα, ειδική θερμότητα και συντελεστή διαστολής, αλλά διαφέρουν πάρα πολύ στη θερμική αγωγιμότητα και στο ιξώδες. Η θερμική αγωγιμότητα του He II είναι εκατό εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την αγωγιμότητα του He Ι και εκατό φορές μεγαλύτερη από εκείνη του χαλκού. Το ιξώδες, που είναι ήδη εξαιρετικά χαμηλό, ακόμα και αν αυξηθεί πέφτει ταχύτατα με την πτώση της θερμοκρασίας έως ένα μικρό κλάσμα του μικροπουάζ, σε όρια θερμοκρασίας που προσεγγίζουν το απόλυτο μηδέν. Στις συνθήκες αυτές (υπερυγρή κατάσταση) το He II κινείται σχεδόν χωρίς τριβή –από μία οπή με διάμετρο 0,001 εκ. περνά σε κλάσμα του δευτερολέπτου μία ποσότητα, που, αν ήταν σε κατάσταση αερίου, θα χρειαζόταν ολόκληρες ημέρες. Για να υπογραμμιστεί πόσο εξαιρετικά είναι αυτά τα χαρακτηριστικά, αρκεί να αναφερθεί ότι στην περιοχή του απόλυτου μηδενός όλα τα στοιχεία και όλες οι ενώσεις είναι στερεά. Το He II, αντίθετα, δεν στερεοποιείται ούτε με τις υψηλότερες πιέσεις. Οι σημαντικότερες εγκαταστάσεις για τη βιομηχανική παραγωγή παραμένουν μέχρι σήμερα οι αμερικανικές, της περιοχής του Τέξας. Παράσταση των πυρήνων των τεσσάρων ισοτόπων του ηλίου: οι μπλε κύκλοι δείχνουν τα νετρόνιαενώ οι κόκκινοι τα πρωτόνια. Το κανονικό ήλιο (πυρήνας, ο οποίος αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια) αποτελεί το 99,9999% του φυσικού ηλίου· το βαρύ ισότοπο είναι ραδιενεργό, γι’ αυτό και είναι ασταθές. Πυρήνες ηλίου, που ονομάζονται σωμάτια α, απωθούνται από τους ραδιενεργούς πυρήνες και μετατρέπονται σιγά-σιγά σε πιο ελαφρούς πυρήνες, ώσπου να γίνουν τελικά σταθεροί πυρήνες μολύβδου.